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Dissecting the role of UFMylation in endoplasmic reticulum-associated protein quality control
Milica Mihailović
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Molecular Biosciences Molekulare Biologie
Betreuer*in
Gülsün Elif Karagöz
DOI
10.25365/thesis.82150
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23302.44993.831230-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Regulation der Proteinbiosynthese ist für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase von entscheidender Bedeutung. Verschiedene Faktoren, wie beispielsweise eine fehlerhafte mRNA-Verarbeitung, das Fehlen von Translationskomponenten oder seltenen Codons, können während der Translation zu einem Ribosomenstillstand führen. Im Zytosol sind die Faktoren, die gestaute Ribosomen erkennen und beseitigen – zusammenfassend als ribosomassoziierte Qualitätskontrolle (RQC) bezeichnet – gut erforscht. Die Ereignisse, die auf ein Ribosomenstillstand während der co-translationalen Proteintranslokation in das endoplasmatische Retikulum (ER) folgen, waren jedoch bislang kaum verstanden. Nach dem Ribosomenstillstand am ER zeigte sich, dass das 60S-Ribosomprotein RPL26 durch UFM1 (Ubiquitin-Fold-Modifier 1), ein Ubiquitin-ähnliches Protein, kovalent modifiziert wird. Die genaue Rolle der UFMylierung bei der ER-Proteinqualitätskontrolle und ihre Wechselwirkung mit dem RQC-Apparat blieben jedoch bislang unklar. In dieser Arbeit schließe ich diese Forschungslücke, indem ich unvoreingenommene Proteomik mit biochemischen und zellulären Assays kombiniere. Die Proteomik UFMylierter Ribosomen zeigte, dass die RQC-Faktoren NEMF und LTN1 in einer vom Stillstand abhängigen Weise mit UFMylierten Ribosomen interagierten. Mithilfe der Zellbiologie konnte ich feststellen, dass im ER festsitzende Ribosomen – ähnlich wie zytosolische Ribosomen – von der E3-Ligase ZNF598 erkannt und anschließend vom ASC-1-Komplex gespalten werden. Wichtig ist, dass diese Schritte notwendige Voraussetzungen für die UFMylierung von RPL26 sind, bei der die UFM1-E3-Ligase die nach der Spaltung entstandenen 60S-Peptidyl-tRNA-Komplexe als kanonische Substrate erkennt. Die UFMylierung von RPL26 lockert die enge Wechselwirkung zwischen dem 60S-Peptidyl-tRNA-Komplex und dem Translokon und ermöglicht so den RQC-Komponenten den Zugang zu den angehaltenen Peptidketten. Im Einklang mit diesen Ergebnissen schwächt eine beeinträchtigte UFMylierung die Bindung von LTN1 an 60S-Peptidyl-tRNA-Komplexe, und der Abbau von entweder NEMF oder LTN1 führt zur Anreicherung von UFMylierten Ribosomen, was die Annahme stützt, dass diese beiden Mechanismen auf demselben Signalweg wirken und eine direkte Verbindung zu post-split Ribosomen-Zwischenprodukten herstellen. Insgesamt hat meine Arbeit gezeigt, dass eine enge Zusammenarbeit zwischen dem RQC und der UFMylierung für die Beseitigung blockierter Ribosomen am ER notwendig ist, wodurch die zelluläre Proteinhomöostase gesichert wird.
Abstract
(Englisch)
Regulation of protein translation is crucial for maintaining cellular homeostasis. Various factors, such as aberrant mRNA processing, lack of translational components or rare codons, can cause ribosomal stalling during translation. In the cytosol, the factors that recognize and clear stalled ribosomes, collectively known as ribosome-associated quality control (RQC), are well-studied. However, the events following ribosome stalling during co-translational protein translocation into the endoplasmic reticulum (ER) remained poorly understood. Upon ribosome stalling at the ER, 60S ribosomal protein RPL26 was shown to be covalently modified by UFM1 (ubiquitin-fold modifier 1), a ubiquitin-like protein. Still, the precise role of UFMylation in ER protein quality control and its cross-talk with the RQC machinery have remained elusive. In this work, I address this research gap by combining unbiased proteomics with biochemical and cellular assays. Proteomics of UFMylated ribosomes revealed that the RQC factors NEMF and LTN1 interacted with UFMylated ribosomes in a stalling-dependent manner. Using cell biology, I found that, similar to cytosolic ribosomes, ER-stalled ribosomes are recognized by the E3 ligase ZNF598 and subsequently split by the ASC-1 complex. Importantly, these steps are necessary prerequisites for RPL26 UFMylation, in which the UFM1 E3 ligase recognizes post-split 60S-peptidyl-tRNA complexes as canonical substrates. UFMylation of RPL26 loosens the close interaction between the 60S-peptidyl-tRNA complex and the translocon, thereby allowing RQC components to access stalled nascent chains. In line with these results, impaired UFMylation weakens LTN1 binding to 60S-peptidyl-tRNA complexes, and depletion of either NEMF or LTN1 leads to the accumulation of UFMylated ribosomes, supporting the idea that these two machineries act on the same pathway and form a direct link to post-split ribosomal intermediates. Taken together, my work revealed that close collaboration between the RQC and UFMylation is necessary for the clearance of stalled ribosomes at the ER, thereby safeguarding cellular protein homeostasis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
UFMylierung Ribosomassoziierte Qualitätskontrolle Translation Endoplasmatische Retikulum Ribosomen Stalling
Schlagwörter
(Englisch)
UFMylation Ribosome-associated Quality Control Translation Endoplasmic Reticulum Ribosome Stalling
Autor*innen
Milica Mihailović 
Haupttitel (Englisch)
Dissecting the role of UFMylation in endoplasmic reticulum-associated protein quality control
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
168 Seiten in verschiedenen Seitenzählungen : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Tim Clausen ,
Christian Münch
Klassifikation
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
AC Nummer
AC18053726
Utheses ID
81277
Studienkennzahl
UA | 794 | 620 | 490 |